人呼吸道黏膜下腺类器官模型揭示CD13+ 分泌细胞在炎症与冠状病毒感染中的关键作用

本研究创新性建立人支气管黏膜下腺（SMG）类器官模型，成功模拟SMG区域特异性黏液细胞（MUC5B+ ）和肌上皮细胞（α-SMA+ ）特征，首次揭示CD13/ANPEP作为SMG分泌细胞标志物，并证实其介导人α-冠状病毒229E（HCoV-229E）的特异性感染。通过单细胞转录组（scRNA-seq）和功能实验，系统解析了SMG在慢性阻塞性肺病（COPD）相关细胞因子（IL-1β/TNF-α/IL-13）刺激下的差异化免疫应答，为呼吸道疾病机制研究和药物开发提供全新平台。

　　

人呼吸道黏膜下腺类器官模型的建立与表征

通过改良组织消化方案，研究团队从人支气管组织分离出表面气道上皮（SAE）和黏膜下腺（SMG）细胞，分别构建长期培养的类器官体系。SMG类器官展现出与原生组织一致的特征：PAS染色显示黏液细胞富集，免疫荧光证实MUC5B特异性表达，而SAE类器官则以纤毛细胞（乙酰化α-tubulin⁺
）和MUC5AC⁺
黏液细胞为主。单细胞转录组分析揭示SMG类器官包含44.3%的基底细胞（KRT14⁺
G0S2⁺
）和4.1%的分泌细胞（MUC5B⁺
DMBT1⁺
），并首次鉴定CD13（ANPEP）为SMG分泌细胞的特异性表面标志物。

细胞谱系可塑性研究

SMG类器官在SAE培养基中可转分化为纤毛细胞（FOXJ1⁺
），而CD200⁺
肌上皮细胞（ACTA2⁺
）表现出更强的类器官形成能力。这种跨谱系分化能力印证了小鼠模型中SMG作为气道再生干细胞的潜在作用，但人类SMG基底细胞仍保留更强的原位分化倾向。

炎症应答的区室化特征

IL-1β和TNF-α显著诱导SMG分泌细胞MHC II类分子表达，激活抗原呈递通路（CXCL9/10/11），而IL-13则特异性下调MUC5B并上调MUC5AC，该效应依赖转录因子SPDEF。CRISPR敲除实验证实SPDEF选择性调控IL-13诱导的MUC5AC表达，揭示Th2型炎症中黏液表型转换的分子机制。

冠状病毒感染的细胞特异性

在模拟生理环境的Transwell模型中，HCoV-229E-EGFP优先感染CD13⁺
SMG细胞（感染率30%-60%），诱导内质网应激（DDIT3/CHOP、EIF2AK3/PERK上调）和促炎因子（IL-6/IL1A）释放。抗CD13抗体预处理可阻断病毒感染，证实CD13作为病毒受体功能。感染后SMG细胞分泌MUC5B/MUC5AC增加，为COPD急性加重的黏液阻塞机制提供解释。

研究意义与局限性

该模型填补了SMG体外研究的空白，但尚未完全模拟腺泡远端浆液细胞。未来需整合微流控技术构建SAE-SMG共培养系统，并优化细胞外基质以增强肌上皮细胞成熟度。这些发现为靶向SMG的呼吸道疾病治疗策略奠定基础。